(57)【要約】【課題】  測定対象表面の起伏の傾斜角度を求めて高精度な表面形状計測を行う。【解決手段】  変位センサＡ３および変位センサＢ４を保持するセンサユニットをＸ軸スライド７に沿って走査させ、走査中のセンサユニットの傾斜角度をＸ軸スライド７の一端に配設されたレーザ測長器用光源１０、レーザ測長器用干渉計１１およびセンサユニット側のターゲットミラー１２からなるレーザ測長器によって計測するとともに、変位センサＡ３および変位センサＢ４によって各センサ間隔毎に得られるＺ軸方向の離間距離のデータに基づいて、測定対象Ｗ1 の表面起伏の傾斜角度を求める。センサ間隔毎の各測定地点において、レーザ測長器による角度データを両変位センサ３、４の出力の差に基づく角度データに加算し、その累積から測定対象Ｗ1 の表面形状を表わす形状データを演算する。【選択図】図１
2005121370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面の異なる部位との離間距離をそれぞれ検出する少なくとも２個の変位センサを所定の走査方向に所定のセンサ間隔で保持するセンサユニットと、前記センサユニットを前記走査方向に走査させて前記センサ間隔毎に前記２個の変位センサによる前記離間距離のデータを得るための走査ステージと、前記走査ステージ上の前記センサユニットの傾斜角度を計測する角度計測手段と、前記２個の変位センサによる前記離間距離のデータの差を前記センサユニットの傾斜角度に換算して得られた第１の角度データと、前記角度計測手段による第２の角度データに基づいて前記被測定面の形状データを得る演算手段とを備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
走査ステージを走査方向と交差する方向に移動させる送りステージを有することを特徴とする請求項１記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
演算手段によって演算された形状データと、被測定面の設計データとの差分を算出する形状評価手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
被測定面の設計データに基づいて各変位センサの前記被測定面からの離間距離を変更するためのステージ手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
角度計測手段が、レーザ測長器またはオートコリメータを有することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
所定のセンサ間隔でセンサユニットに保持された少なくとも２個の変位センサにより、被測定面の表面形状を検出する表面形状測定方法において、２個の変位センサにより被測定面の異なる部位との離間距離をそれぞれ検出する工程と、２個の変位センサを走査する走査ステージ上に設けられた角度計測手段によりセンサユニットの傾斜角度を計測する工程と、走査ステージにより、各変位センサをセンサ間隔だけ走査する工程とを繰り返し行い、角度計測手段により検出された第１の角度データと、各変位センサにより検出された離間距離のデータとセンサ間隔から算出した第２の角度データに基づいて、被測定面の表面形状を表わす形状データを演算することを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項７】
走査ステージを走査方向と交差する方向に移動させる工程を有することを特徴とする請求項６記載の表面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定盤等の平面度や、非球面、球面、あるいは自由曲面からなる各種測定対象の表面形状を測定するための表面形状測定において、特に測定対象表面の起伏の勾配に基づいて高精度に表面形状を測定する表面形状測定装置および表面形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械の定盤等の平面度を測定する方法としてオートコリメータを利用した計測方法がある。これは、図７に示すように、平面度を計測する測定対象Ｗ0 の表面上に、反射鏡１１２を取り付けた移動台１０５を載置し、測定対象Ｗ0 上を移動させる一方、オートコリメータ１１１は、移動台１０５上の反射鏡１１２に向けて図示しない十字形の標線を投影し、測定者は反射鏡１１２に写った標線の像をオートコリメータ１１１から観察することにより、標線とこの像とのずれから反射鏡１１２の傾きθｉを計測する。
【０００３】
反射鏡１１２を取り付けた移動台１０５は、オートコリメータ１１１に対向させながら移動できるようになっており、測定対象Ｗ0 の表面形状を測定するには、まず、オートコリメータ１１１の光軸と測定方向とが平行となるように、測定対象Ｗ0 の外側に設置した後、移動台１０５を支点間隔ｄに等しい距離ずつ測定方向（Ｘ軸方向）に沿わせて移動させつつ、逐次反射鏡１１２の傾きθｉのデータを取得し、これにより、図８に示すように支点間隔ｄ毎のＺ軸方向の高さｈｉの累積値Δｈを求める。これを順次繰り返すことによって測定対象Ｗ0 の表面形状を表わす形状データを得ることができる。
【０００４】
また、このオートコリメータによる表面形状測定方法を改良した方法が特開平６−１０２０３０号公報に開示されている。これはレーザ光源と、回転軸が前記レーザ光源から出射するレーザ光の光路上に位置して測定対象に回転可能に設けられ、前記レーザ光源からのレーザ光を直角に偏向させて前記回転軸に垂直な基準平面を形成するペンタプリズムと、測定対象上に移動可能に設けられ、前記ペンタプリズムからのレーザ光を前記基準平面と測定対象の表面形状との間の高さ寸法に応じて平行に変位させて前記ペンタプリズムに向けて反射する反射体と、前記反射体からペンタプリズムを介して入射したレーザ光を受光し、受光位置の変位から測定対象の平面度を検出する受光部とからなる構成を有するものである。この構成により、反射体にレーザ光源からペンタプリズムを介してレーザ光が入射すると、前記反射体はこのレーザ光をペンタプリズムの回転により形成される基準平面と被測定面との間の高さ寸法に応じて平行に変位させ、ペンタプリズムに向けて反射する。そして、受光部は反射体から戻ったレーザ光を受光して受光位置の変位を検出し、被測定面の平面度を検出する。
【特許文献１】特開平６−１０２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術による表面形状測定方法には以下のような問題がある。
【０００６】
図７に示したオートコリメータによる計測方法では、ターゲットとなる反射鏡をオートコリメータに対して測定の度ごとにアライメント合わせを実行しなくてはならず、操作が面倒であった。また、手動にてターゲットとなる反射鏡を移動させるので光軸に沿って正しく移動できないことや、測定点数が増えると測定時間が長くなるという問題もあった。加えて、ターゲット用の反射鏡を取り付けた移動台を直接測定対象となる定盤等に載せるので、定盤等の接触部分で傷が付くおそれがあり、さらに反射鏡の付いた移動台を被測定面に載せる必要上、下面を測定することは原理的に不可能であった。特に前述の傷の問題に関しては、鏡面仕上げの被測定面の場合には大きな問題となっている。
【０００７】
また、オートコリメータによる平面度測定方法を改良した特開平６−１０２０３０号公報に開示されたものも上記の問題は何ら解決していない。
【０００８】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、被測定面に対して非接触で自動計測が可能であり、測定毎の光学的なアライメントの必要がないうえに、下面の形状計測も可能である表面形状測定装置および表面形状測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明による表面形状測定装置は、被測定面の異なる部位との離間距離をそれぞれ検出する少なくとも２個の変位センサを所定の走査方向に所定のセンサ間隔で保持するセンサユニットと、前記センサユニットを前記走査方向に走査させて前記センサ間隔毎に前記２個の変位センサによる前記離間距離のデータを得るための走査ステージと、前記走査ステージ上の前記センサユニットの傾斜角度を計測する角度計測手段と、前記２個の変位センサによる前記離間距離のデータの差を前記センサユニットの傾斜角度に換算して得られた第１の角度データと、前記角度計測手段による第２の角度データに基づいて前記被測定面の形状データを得る演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
走査ステージを走査方向と交差する方向に移動させる送りステージを有するとよい。
【００１１】
演算手段によって演算された形状データと、被測定面の設計データとの差分を算出する形状評価手段を有するとよい。
【００１２】
また、被測定面の設計データに基づいて各変位センサの前記被測定面からの離間距離を変更するためのステージ手段を備えているとよい。
【００１３】
本発明の表面形状測定方法は、所定のセンサ間隔でセンサユニットに保持された少なくとも２個の変位センサにより、被測定面の表面形状を検出する表面形状測定方法において、２個の変位センサにより被測定面の異なる部位との離間距離をそれぞれ検出する工程と、２個の変位センサを走査する走査ステージ上に設けられた角度計測手段によりセンサユニットの傾斜角度を計測する工程と、走査ステージにより、各変位センサをセンサ間隔だけ走査する工程とを繰り返し行い、角度計測手段により検出された第１の角度データと、各変位センサにより検出された離間距離のデータとセンサ間隔から算出した第２の角度データに基づいて、被測定面の表面形状を表わす形状データを演算することを特徴とする。
【００１４】
走査ステージを走査方向と交差する方向に移動させる工程を有するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の表面形状測定装置および表面形状測定方法によれば、オートコリメータによる形状計測の場合のようにターゲットミラーをオートコリメータに対して測定の度ごとにアライメント合わせを実行する必要がないため、計測操作が簡単で、しかも被測定面全体の自動計測が可能である。さらに、測定点数が増えても自動的にデータサンプリングが行えるので測定時間が長くなることもない。また、被測定面との離間距離を非接触型の変位センサで測定するため、被測定面に傷が付くおそれがない。さらに測定本体部を上下逆に配置するだけで、下面を下側から測定することも可能である。
【００１６】
センサユニットの各変位センサの被測定面からの離間距離を変更するためのステージ手段が設けられていれば、平面形状の計測に限らず、平面以外の湾曲形状等をもった被測定面の表面形状測定を高精度で安価に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、一実施の形態による表面形状測定装置を示すもので、測定対象Ｗ1 を支えるベース１上に架橋された測定本体部２を有する。測定本体部２は、被測定面である測定対象Ｗ1 の表面を走査して測定対象Ｗ1 とのＺ軸方向の離間距離を計測する変位センサＡ３と、変位センサＡ３に対して走査方向であるＸ軸方向にセンサ間隔ｄだけ離れた位置に保持され、変位センサＡ３と同時に測定対象Ｗ1 の表面をトレースして測定対象Ｗ1 とのＺ軸方向の離間距離を計測する第２の変位センサＢ４を有する。なお、本実施の形態では変位センサが２個の場合を説明するが２個以上あってもよい。
【００１９】
すなわち、変位センサＡ３と変位センサＢ４はＸ軸方向にセンサ間隔ｄだけ離れた位置で測定対象Ｗ1 の表面に対向するように変位センサ保持具５によって保持され、センサユニットを構成する。変位センサ保持具５は走査ステージ（Ｘ軸ステージ）である筐体６によって支持される。また、測定対象Ｗ1 の表面が平面ではなくて球面あるいは非球面等の湾曲面であれば、後述するように測定対象Ｗ1 の設計データに基づいて、変位センサＡ３および変位センサＢ４と測定対象Ｗ1 の表面とのＺ軸方向の離間距離を変更する機能を持たせるために、筐体６に変位センサＡ３、変位センサＢ４を測定対象Ｗ1 と対向する方向すなわちＺ軸方向に移動させるためのステージ手段であるＺ軸ステージ機構を設ける。
【００２０】
筐体６は、これをＸ軸方向に移動させるためのガイドであるＸ軸スライド７上に支持され、筐体６をＸ軸スライド７に沿って移動させることで、変位センサＡ３、変位センサＢ４を測定対象Ｗ1 に対してＸ軸方向に相対移動させることができる。Ｘ軸スライド７は、Ｙ軸スライド８、９上をＹ軸方向に移動する送りステージであるＹ軸ステージを構成し、Ｙ軸ステージの移動によって、変位センサＡ３、変位センサＢ４を測定対象Ｗ1 に対してＹ軸方向に相対移動させることができる。
【００２１】
筐体６に設けられたＺ軸ステージ機構、前記Ｘ軸、Ｙ軸ステージには図示していない例えばモータのような駆動源と、例えばボールネジのような駆動伝達機構を有しており、外部からの指令によって、変位センサＡ３、変位センサＢ４を測定対象Ｗ1 に対して任意の位置へ自動的に移動させることができる。
【００２２】
また、筐体６に設けられたＺ軸ステージ機構のガイド、Ｘ軸スライド７、Ｙ軸スライド８、９のガイド方式として空気圧を利用した非接触ガイドを用いることも可能であり、さらに駆動源としてリニアモータを用いることも可能である。
【００２３】
Ｘ軸スライド７の一端には、変位センサＡ３、変位センサＢ４を変位センサ保持具５を介して保持する筐体６がＸ軸スライド７に沿って移動するときのピッチングによる傾斜角度を計測するための角度計測手段であるレーザ測長器が設けられる。これは、レーザ測長器用光源１０と、レーザ測長器用光源１０から出たレーザを分割し、角度計測を行うためのレーザ測長器用干渉計１１を有し、レーザ測長器用干渉計１１は受光部も内蔵している。そして、筐体６には、レーザ測長器用干渉計１１からのレーザ光に対向して取り付けられたレーザ測長器用のターゲットミラー１２が取り付けられている。
【００２４】
そして、後述するように、筐体６が前記Ｘ軸スライド７に沿って移動するときの前記センサユニットの傾斜角度を表わす第２の角度データと、筐体６に変位センサ保持具５を介して取り付けられた変位センサＡ３および変位センサＢ４の測定対象Ｗ1 までの離間距離を同時に計測し、２つの離間距離のデータの差を両変位センサ３、４の姿勢変化すなわちセンサユニットの傾斜によるものと仮定して、前記センサユニットの傾斜角度に換算して得られた第１の角度データに基づく演算によって測定対象Ｗ1 の表面形状を測定する。
【００２５】
図２は、前記Ｘ軸スライド７に沿って移動したときの筐体６と、筐体６に変位センサ保持具５を介して取り付けられた変位センサＡ３、変位センサＢ４を説明する図である。図２においては、実線で示す変位センサＡ３と変位センサＢ４がＸ軸方向にセンサ間隔ｄだけ移動した状態を、変位センサＡ３ｓ、変位センサＢ４ｓおよび変位センサ保持具５ｓで表わす。また、筐体６ｓ、ターゲットミラー１２ｓについても同様である。
【００２６】
変位センサＡ３、変位センサＢ４、変位センサ保持具５、筐体６、ターゲットミラー１２の位置をＸｍ点、変位センサＡ３ｓ、変位センサＢ４ｓ、変位センサ保持具５ｓ、筐体６ｓ、ターゲットミラー１２ｓの位置をＸｎ点とする。
【００２７】
図３は上記表面形状測定装置の制御系５０およびデータ処理系５１を示す。制御系５０は、表面形状測定装置のＸ軸スライド７上のＸ軸ステージ、Ｙ軸スライド８、９上のＹ軸ステージ等のＸＹＺ移動軸を駆動するためのＮＣコントローラ５２およびドライバーアンプと、ＮＣコントローラ５２を通して表面形状測定装置を操作する操作盤５３を有し、データ処理系５１は、表面形状測定装置に搭載されている両変位センサ３、４やレーザ測長器の電源およびデータ取り込みアンプ５４を有し、両変位センサ３、４およびレーザ測長器用干渉計１１からのデータ信号を取り込む。計測コンピュータ５５は、ＮＣコントローラ５２に駆動プログラムをダウンロードし、また両変位センサ３、４やレーザ測長器からのデータをデータ取り込みアンプ５４を介して取得し、測定対象Ｗ1 の表面形状を表わす形状データを演算する演算手段を有する。演算解析コンピュータ５６は、ＮＣコントローラ５２に測定のための駆動条件等を送り、また計測コンピュータ５５から測定対象Ｗ1 の測定結果である形状データを取得し、測定対象Ｗ1 の設計形状を表わす設計データと比較する形状評価手段による形状評価、画面表示、各種演算を行う。
【００２８】
なお、両変位センサＡ、Ｂには、静電容量型変位センサ、渦電流センサまたはレーザ変位計等のいずれかを、測定対象の表面状態によって適切に選択する。すなわち、光を反射しない表面を持つ対象物や変位センサを組み込むスペースが限られているようなときは比較的小型の静電容量型変位センサや渦電流変位センサが望ましく、光を反射する表面を持つ対象物では測定対象の表面と変位センサとの距離が大きくとれるので干渉などの心配がないレーザ変位計が望ましい。
【００２９】
図４は、上記の表面形状測定装置による測定シーケンスを示すフローチャートであり、主に図３の演算解析コンピュータ５６にて実行されるプログラムである。
【００３０】
図４において、ステップ１は測定開始位置に両変位センサ３、４を移動させるためのＸ軸スライド７上のＸ軸ステージ、Ｙ軸スライド８、９上のＹ軸ステージ、筐体６に搭載されたＺ軸ステージの移動データを計算する演算処理工程であり、ステップ２は演算解析コンピュータ５６から計測コンピュータ５５を介してＮＣコントローラ５２に各移動軸の移動データを送り、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージを移動させる測定開始位置移動処理工程である。
【００３１】
ステップ３は前記ステップ２にてＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージ等が移動した後に両変位センサ３、４、傾斜角度を計測するレーザ測長器用干渉計１１からのデータをデータ取り込みアンプ５４と計測コンピュータ５５を介して演算解析コンピュータ５６に取り込むデータ取り込み処理工程である。
【００３２】
ステップ４は両変位センサ３、４、レーザ測長器用干渉計１１からのデータから表面形状の演算を行うデータ演算処理工程であり、ステップ５は測定が終了したかどうかを判断する判断処理工程、ステップ６は次に測定する位置に両変位センサ３、４を移動させるためのＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージの移動データを計算する測定位置計算処理工程である。
【００３３】
ステップ７は演算解析コンピュータ５６から計測コンピュータ５５を介してＮＣコントローラ５２に各移動軸の移動データを送り、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージを移動させる測定位置移動処理工程であり、ステップ８はステップ４のデータ演算処理にて演算したデータから測定対象Ｗ1 の表面形状を表す形状データに演算する形状データ演算処理工程である。
【００３４】
ステップ９はステップ８の形状データ演算処理で演算した測定対象Ｗ1 の表面形状を表示する結果表示処理工程であり、ステップ１０はステップ８の形状データ演算処理で演算した測定対象Ｗ1 の形状データを演算解析コンピュータ５６に内蔵あるいは図示していない外部の記憶装置に保存する結果保存処理工程である。
【００３５】
次に図２を用いて変位センサＡ３および変位センサＢ４が測定対象Ｗ1 の表面を走査するときのセンサ間隔ｄ毎の出力であるＺ軸方向の２つの離間距離のデータの差に基づく第１の角度データと、レーザ測長器用干渉計１１から得られる筐体６のターゲットミラー１２すなわちセンサユニットの傾斜を表わす第２の角度データから、測定対象Ｗ1 の表面形状を演算する方法を説明する。
【００３６】
図２において、Ｘ軸方向位置がＸｍ点である地点での変位センサＡ３の測定対象Ｗ1 の表面とのＺ軸方向の離間距離のデータをＭａ（Ｘｍ）、変位センサＢ４の測定対象Ｗ1 の表面とのＺ軸方向の離間距離のデータをＭｂ（Ｘｍ）、レーザ測長器用干渉計１１から得られる筐体６すなわちターゲットミラー１２の角度データをＬｄ（Ｘｍ）とする。
【００３７】
次に変位センサＡ３と変位センサＢ４間のセンサ間隔ｄだけＸ軸方向に移動したＸｎ点における変位センサＡ３ｓの測定対象Ｗ1 の表面とのＺ軸方向の離間距離のデータをＭａ（Ｘｎ）、変位センサＡ３と変位センサＢ４間のセンサ間隔ｄだけＸ軸方向に移動したＸｎ点における変位センサＢ４ｓの測定対象Ｗ1 の表面とのＺ軸方向の離間距離のデータをＭｂ（Ｘｎ）、変位センサＡ３と変位センサＢ４間のセンサ間隔ｄだけＸ軸方向に移動したＸｎ点におけるレーザ測長器用干渉計１１から得られる筐体６ｓすなわちターゲットミラー１２ｓの角度データをＬｄ（Ｘｎ）とする。
【００３８】
このとき、図２に向かって時計回りを便宜上角度の＋方法とすると、Ｘｍ点で変位センサＡ３および変位センサＢ４が測定対象Ｗ1 の表面に対して等距離に配置されたと仮定したときの筐体６の傾斜角度θｍは以下の式で表わされる。
θｍ＝Ｌｄ（Ｘｍ）＋ｓｉｎ-1（（Ｍｂ（Ｘｍ）−Ｍａ（Ｘｍ））／ｄ）  ・・（１）
【００３９】
同様に筐体６と変位センサＡ３および変位センサＢ４からなるセンサユニットがセンサ間隔ｄだけＸ軸方向に移動したＸｎ点において、変位センサＡ３ｓおよび変位センサＢ４ｓが測定対象Ｗ1 の表面に対して等距離に配置されたと仮定したときの筐体６ｓの傾斜角度θｎは以下の式で求めることができる。
θｎ＝Ｌｄ（Ｘｎ）＋ｓｉｎ-1（（Ｍｂ（Ｘｎ）−Ｍａ（Ｘｎ））／ｄ）  ・・（２）
【００４０】
以上を繰り返して測定することにより得られたセンサ間隔ｄ毎の角度θｍ、θｎ・・・から各測定地点毎の高さｈｉを計算し、算出した高さｈｉの累積を測定地点毎に演算することによって、測定対象Ｗ1 の表面形状を表わす形状データを求めることができる。このように角度データ列から高さを累積計算する方法は、オートコリメータを利用した従来例による形状測定方法と同様である。
【００４１】
次に、図４に基づいて測定シーケンスを説明する。
【００４２】
まず、操作盤５３より測定開始信号がＮＣコントローラ５２および計測コンピュータ５５を介して演算解析コンピュータ５６に送られ測定が開始する。測定が開始すると測定開始位置計算処理ステップ１にて測定開始位置に変位センサＡ３および変位センサＢ４を移動させるためのＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージの移動量データを、演算解析コンピュータ５６に記憶されているかまたは手動にて入力した測定対象Ｗ1 の設計データや各種条件から計算する。
【００４３】
次に、測定開始位置移動処理ステップ２で、測定開始位置計算処理ステップ１にて計算した測定開始位置に変位センサＡ３、変位センサＢ４を移動させるためのＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージの移動量データを計測コンピュータ５５を介してＮＣコントローラ５２に送り、それによってＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージの図示していない駆動モータが駆動し、測定開始位置に変位センサＡ３、変位センサＢ４が位置決めされる。位置決めが終わるとデータ取り込み処理ステップ３にて変位センサＡ３、変位センサＢ４、角度計測用のレーザ測長器用干渉計１１からのデータをデータ取り込みアンプ５４と計測コンピュータ５５を介して演算解析コンピュータ５６に取り込む。
【００４４】
次に、データ演算処理ステップ４にて、データ取り込み処理ステップ３で取り込んだ変位センサＡ３、変位センサＢ４、角度計測用のレーザ測長器用干渉計１１のデータの平均化や、先に説明した（１）式および（２）式に基づいた角度換算演算と高さ形状累積演算を行い、測定対象Ｗ1 の表面形状を表わすデータ群（形状データ）を求める。
【００４５】
次に、判断処理ステップ５で測定が終了したかどうかを判断し、まだ測定が終了していない場合は測定位置計算処理ステップ６へ進む。測定位置計算処理ステップ６にて次の測定位置、例えば前記変位センサＡ３と変位センサＢ４のセンサ間隔ｄだけＸ軸方向に変位センサＡ３、変位センサＢ４を移動させるためのＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージ等の移動量データを計算する。そして測定位置移動処理ステップ７にて、測定位置計算処理ステップ６にて計算した変位センサＡ３、変位センサＢ４を移動させるためのＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージの移動量データを演算解析コンピュータ５６から計測コンピュータ５５を介してＮＣコントローラ５２に送り、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージを移動させる。移動が終わるとデータ取り込み処理ステップ３にシーケンスは戻り、ステップ３からステップ７の処理を繰り返す。
【００４６】
ステップ３からステップ７の繰り返しはＹ軸移動も含めて測定が終了するまで実行される。測定終了判断処理ステップ５にて測定が終了したと判断されると、シーケンスは形状データ演算処理ステップ８へ移る。形状データ演算処理ステップ８では計測した測定対象Ｗ1 の形状データから全体の傾き補正や、設計値からの差分計算等を形状評価手段によって行い形状評価に最適な形状データに変換する。続いて結果表示処理ステップ９にて形状データの３次元表示等の形状測定結果を演算解析コンピュータ５６のＣＲＴや図示していないプリンターなどに出力する。そして結果保存処理ステップ１０にて、形状データ演算処理ステップ８にて計算した測定対象Ｗ1 の表面形状測定結果を演算解析コンピュータ５６の内部あるいは図示していない外部の記憶装置に保存して測定が終了する。
【００４７】
このようなシーケンスによって、測定対象の表面の起伏の傾斜角度を計測して三次元形状を求める測定を測定対象に非接触でかつ自動的に行うことができる。以上の説明では測定対象Ｗ1 が自由曲面であるために変位センサＡ３、変位センサＢ４を保持する変位センサ保持具５を支える筐体６に搭載したＺ軸ステージを測定対象Ｗ1 の設計データに基づいて測定毎に駆動し、変位センサＡ３、変位センサＢ４との離間距離を変更しているが、例えば測定対象Ｗ1 が平面や平面に近い形状の場合には、固定のまま測定することも可能である。
【００４８】
ちなみに変位センサＡ、変位センサＢが静電容量タイプもしくは渦電流タイプのものは、変位センサと測定対象との距離が近いのでＺ軸ステージを駆動する方が望ましい場合が多く、また変位センサＡ、変位センサＢがレーザ変位計のように測定対象までの距離が比較的広い場合はＺ軸ステージを固定したままで測定できる場合が多い。
【００４９】
図５は本実施の形態の一変形例を示す。これは、図１における角度測定用のレーザ測長器に替えて、オートコリメータ２１を用いたものである。すなわち、Ｘ軸スライド７の一端にはオートコリメータ２１が配設され、筐体６にはオートコリメータ２１に対向するようにオートコリメータ用のターゲットミラー２２が固定される。角度測定用のレーザ測長器用光源１０、レーザ測長器用干渉計１１、レーザ測長器用のターゲットミラー１２の代わりにオートコリメータ２１とオートコリメータ用のターゲットミラー２２を用いた以外は、図１の構成と同じであり、測定シーケンスも前述と同様である。
【００５０】
図６は本実施の形態の別の変形例を示す。これは、Ｘ軸スライド７が測定対象Ｗ2 の下側になるように構成し、変位センサＡ３、変位センサＢ４を上下反転させて測定対象Ｗ2 に対向させて測定対象Ｗ2 の下面の形状を測定するものである。
【００５１】
このように、測定対象の上面および下面を自在に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一実施の形態による表面形状測定装置を示す模式斜視図である。
【図２】図１の変位センサおよび傾斜角度測定用のレーザ側長器の出力から測定対象の表面形状を表わす形状データを求める方法を説明する図である。
【図３】図１の表面形状測定装置の制御系およびデータ処理系を示す模式図である。
【図４】図１の表面形状測定装置の測定シーケンスフローを示す工程図である。
【図５】一変形例を示す模式斜視図である。
【図６】別の変形例を説明する図である。
【図７】従来例による計測方法を説明する図である。
【図８】図７の従来例による表面形状の演算方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    ベース
２    測定本体部
３    変位センサＡ
４    変位センサＢ
５    変位センサ保持具
６    筐体
７    Ｘ軸スライド
８、９    Ｙ軸スライド
１０    レーザ測長器用光源
１１    レーザ測長器用干渉計
１２、２２    ターゲットミラー
２１    オートコリメータ
５０    制御系
５１    データ処理系
５２    ＮＣコントローラ
５３    操作盤
５４    データ取り込みアンプ
５５    計測コンピュータ
５６    演算解析コンピュータ
【図１】
2005121370.tif 000003
【図２】
2005121370.tif 000004
【図３】
2005121370.tif 000005
【図４】
2005121370.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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